引力波是不是属于电磁波( 二 )
可以想象 , 在《星际穿越》电影中的结尾之时 , 主人公库珀身处一个5维时空的超体方体中 , 为了将从黑洞中心所提取出来的信息传递给身处4维时空的女儿墨菲 , 人为的制造引力波效应 , 成功将信息传递 , 从而人类得以解救 。说不定在不远的将来 , 我们也可以依靠引力波来判断多重宇宙的存在与否 。
或者和科幻小说《三体》中描述的那样 , 引力波被人类用于星际通讯领域 , 小说里的幻想会变成现实吗?
也许你要说 , 哎 , 都是科学界的事儿 , 跟偶们好像没什么影响哦!
大错特错!
连两个黑洞都玩着玩着就在一起了 , 然后产生引力波发射到地球 。这算不算有史以来 , 在情人节前夕对单身狗最猛烈的一次冲击?!
引力波
各种各样的引力波探测器正在建造或者运行当中 , 比如 advanced LIGO(aLIGO)从2015年9月份开始运行观测 。
可能的引力波探测源包括致密双星系统(白矮星 , 中子星和黑洞) 。在2016年2月11日 , LIGO科学合作组织和Virgo合作团队宣布他们已经利用高级LIGO探测器 , 已经首次探测到了来自于双黑洞合并的引力波信号。
2016年6月16日凌晨 , LIGO合作组宣布:2015年12月26日03:38:53 (UTC) , 位于美国汉福德区和路易斯安那州的利文斯顿的两台引力波探测器同时探测到了一个引力波信号;这是继 LIGO 2015年9月14日探测到首个引力波信号之后 , 人类探测到的第二个引力波信号 。
在物理学中 , 引力波是指时空弯曲中的涟漪 , 通过波的形式从辐射源向外传播 , 这种波以引力辐射的形式传输能量 。在1916年 , 爱因斯坦基于广义相对论预言了引力波的存在 。引力波的存在是广义相对论洛伦兹不变性的结果 , 因为它引入了引入了相互作用的传播速度有限的概念 。相比之下 , 引力波不能够存在于牛顿的经典引力理论当中 , 因为牛顿的经典理论假设物质的相互作用传播是速度无限的 。
相关阅读:引力波的探测历史
在过去的六十年里 , 有许多物理学家和天文学家为证明引力波的存在做出了无数努力 。其中最著名的要数引力波存在的间接实验证据——脉冲双星 PSR1913+16 。1974年 , 美国麻省大学的物理学家家泰勒(Joseph Taylor)教授和他的学生赫尔斯(Russell Hulse)利用美国的308米射电望远镜 , 发现了由两颗质量大致与太阳相当的中子星组成的相互旋绕的双星系统 。由于两颗中子星的其中一颗是脉冲星 , 利用它的精确的周期性射电脉冲信号 , 我们可以无比精准地知道两颗致密星体在绕其质心公转时他们轨道的半长轴以及周期 。根据广义相对论 , 当两个致密星体近距离彼此绕旋时 , 该体系会产生引力辐射 。辐射出的引力波带走能量 , 所以系统总能量会越来越少 , 轨道半径和周期也会变短 。
泰勒和他的同行在之后的30年时间里面对PSR1913+16做了持续观测 , 观测结果精确地按广义相对论所预测的那样:周期变化率为每年减少76.5微秒 , 半长轴每年缩短5米 。广义相对论甚至还可以预言这个双星系统将在3亿年后合并 。这是人类第一次得到引力波存在的间接证据 , 是对广义相对论引力理论的一项重要验证 。泰勒和赫尔斯因此荣获1993年诺贝尔物理学奖 。到目前为止 , 类似的双中子星系统只已经发现了将近10个 。但是此次发布会中的双黑洞系统却从来没被发现过 , 是首次 。
在实验方面 , 第一个对直接探测引力波作伟大尝试的人是韦伯(Joseph Weber) 。早在上个世纪50年代 , 他第一个充满远见地认识到 , 探测引力波并不是没有可能 。从1957年到1959年 , 韦伯全身心投入在引力波探测方案的设计中 。最终 , 韦伯选择了一根长2米 , 直径0.5米 , 重约1吨的圆柱形铝棒 , 其侧面指向引力波到来的方向 。该类型探测器 , 被业内称为共振棒探测器:当引力波到来时 , 会交错挤压和拉伸铝棒两端 , 当引力波频率和铝棒设计频率一致时 , 铝棒会发生共振 。贴在铝棒表面的晶片会产生相应的电压信号 。共振棒探测器有很明显的局限性 , 比如它的共振频率是确定的 , 虽然我们可以通过改变共振棒的长度来调整共振频率 。但是对于同一个探测器 , 只能探测其对应频率的引力波信号 , 如果引力波信号的频率不一致 , 那该探测器就无能为力 。此外 , 共振棒探测器还有一个严重的局限性:引力波会产生时空畸变 , 探测器做的越长 , 引力波在该长度上的作用产生的变化量越大 。韦伯的共振帮探测器只有2米 , 强度为1E-21的引力波在这个长度上的应变量(2E-21米)实在太小 , 对上世纪五六十年代的物理学家来说 , 探测如此之小的长度变化是几乎不可能的 。虽然共振棒探测器没能最后找到引力波 , 但是韦伯开创了引力波实验科学的先河 , 在他之后 , 很多年轻且富有才华的物理学家投身于引力波实验科学中 。
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